JP7469303B2 - Film forming equipment - Google Patents
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Description
本発明は、成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus.
光学機器には、光学膜が形成されており、この光学膜は、所定の波長領域の光を反射させ、他の波長領域の光を透過させる。光学機器としては、例えば、液晶プロジェクター、複写機、赤外線センサの集光ミラーなどのコールドミラーが挙げられる。コールドミラーは、可視光を反射させ、所定の波長領域の光を透過させる光学膜となる積層膜が形成されている。このような積層膜を形成する方法としては、成膜材料からなるターゲットをプラズマに曝すことでターゲットを構成する粒子を叩き出し、当該粒子をワーク上に堆積させるスパッタリングによる手法が知られている。An optical film is formed on an optical device, and this optical film reflects light in a specific wavelength range and transmits light in other wavelength ranges. Examples of optical devices include cold mirrors such as liquid crystal projectors, copiers, and focusing mirrors of infrared sensors. A cold mirror is formed with a laminated film that serves as an optical film that reflects visible light and transmits light in a specific wavelength range. A known method for forming such a laminated film is a sputtering method in which a target made of a film-forming material is exposed to plasma to knock out particles that make up the target, and the particles are deposited on a workpiece.
ここで、スパッタリングにより形成された積層膜は、堆積した粒子が疎の部分と密な部分が生じることにより、膜の表面に凹凸が生じることが知られている。このように表面に凹凸が生じた膜を積層した光学膜となる積層膜は、膜同士の界面で光の乱反射が生じ、透過率等の光学特性が悪化する場合があった。It is known that the laminated film formed by sputtering has uneven surfaces due to the occurrence of sparse and dense areas of the deposited particles. In laminated films that become optical films by stacking films with such uneven surfaces, diffuse reflection of light occurs at the interfaces between the films, and optical properties such as transmittance can deteriorate.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光学特性の悪化を抑制した平坦な膜を形成することのできる成膜装置を提供することにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its object is to provide a film forming apparatus capable of forming a flat film while suppressing deterioration of optical properties.
本発明の成膜装置は、ワーク上に膜を形成する成膜装置であって、内部が真空とすることが可能なチャンバと、前記チャンバ内に設けられ、前記ワークを円周の搬送経路で循環搬送する回転テーブルを有する搬送部と、前記膜を構成する材料からなるターゲットと、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されたスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、プラズマにより前記ターゲットをスパッタリングして前記ワーク上に膜を形成する成膜処理部と、前記チャンバの内部空間に突出し、前記搬送経路に向かって開口する筒状体と、前記筒状体の開口を塞ぐように設けられた窓部材と、前記回転テーブルと前記筒状体との間に形成される処理空間に第1プロセスガスを導入する第1プロセスガス導入部と、前記窓部材を介して前記処理空間に電界を発生させるアンテナと、前記アンテナに高周波電圧を印加する電源と、を有し、前記第1プロセスガスをプラズマ化して前記処理空間に誘導結合プラズマを発生させ、前記膜を化学反応させる膜処理部と、 一端に開口部が設けられ、前記開口部が前記搬送経路に向かうように前記チャンバに取り付けられた筒形電極と、前記筒形電極の内部に第2プロセスガスを導入する第2プロセスガス導入部と、前記チャンバと電気的に接続された前記回転テーブルと前記筒形電極とに接続され前記筒形電極に対して高周波電圧を印加する電源と、を有し、前記第2プロセスガスをプラズマ化して生成されたイオンを前記膜に照射するイオン照射部と、を備え、前記搬送部は、前記成膜処理部と前記膜処理部と前記イオン照射部とを通過するように前記ワークを循環搬送し、前記イオン照射部は、前記ワーク上の形成途中の前記膜にイオンを照射して、前記膜を平坦化すること、を特徴とする。
a film forming unit for forming a film on a workpiece, the film forming unit comprising: a chamber capable of evacuating the inside; a transport unit provided within the chamber and having a rotary table for circulating and transporting the workpiece on a circumferential transport path; a target made of a material for forming the film; and a plasma generator for converting a sputtering gas introduced between the target and the rotary table into plasma, the film forming unit forming a film on the workpiece by sputtering the target with the plasma; a cylindrical body protruding into the internal space of the chamber and opening toward the transport path; a window member provided to close the opening of the cylindrical body; a first process gas inlet unit for introducing a first process gas into a processing space formed between the rotary table and the cylindrical body; an antenna for generating an electric field in the processing space via the window member; and a power source for applying a high frequency voltage to the antenna, the first process gas being converted into plasma to generate an inductively coupled plasma in the processing space, thereby chemically reacting the film; the workpiece is transported through the film forming processing unit, the film processing unit, and the ion irradiation unit; the workpiece is transported through the film forming processing unit, the film processing unit, and the ion irradiation unit; and the workpiece is transported through the film forming processing unit, the film processing unit, and the ion irradiation unit. The workpiece is transported through the film forming processing unit, the film processing unit, and the ion irradiation unit. The workpiece is transported through the film forming processing unit, the film processing unit, and the ion irradiation unit. The ion irradiation unit irradiates the film on the workpiece with ions to planarize the film .
本発明によれば、光学特性の悪化を抑制した平坦な膜を形成することのできる成膜装置を得ることができる。 According to the present invention, a film forming apparatus can be obtained that can form a flat film while suppressing deterioration of optical properties.
(実施形態)
(構成)
本発明に係る成膜装置の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。図1は、本実施形態の成膜装置100の構成を模式的に示す透視平面図である。この成膜装置100は、ワーク10上に膜を形成する装置である。ワーク10は、ガラス基板又は樹脂基板である。成膜装置100がワーク10上に形成する膜は、複数の膜が積層された積層膜である。本実施形態では、当該膜は、光学膜となる積層膜であり、例えば、SiO2膜とNb2O5膜とを交互に積層してなる。
(Embodiment)
(composition)
An embodiment of a film forming apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective plan view showing a schematic configuration of a
成膜装置100は、チャンバ20、搬送部30、成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60、ロードロック部70、及び制御装置80を備える。The
(チャンバ)
チャンバ20は内部を真空とすることが可能な円柱形状の容器である。チャンバ20内は区切部22によって仕切られ、扇状に複数区画に分割されている。各区画には、成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60、ロードロック部70の何れかが配置される。各部40、50、60、70は、搬送部30による搬送方向(図1における反時計回り方向)に対して、成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60、ロードロック部70の順に配置されている。膜処理部50及びイオン照射部60は隣接して設けられている。
(Chamber)
The
図2に示すように、チャンバ20は、円盤状の天井20a、円盤状の内底面20b、及び環状の内周面20cにより囲まれて形成されている。区切部22は、円柱形状の中心から放射状に配設された方形の壁板であり、天井20aから内底面20bに向けて延び、内底面20bには未達である。即ち、内底面20b側には円柱状の空間が確保されている。この円柱状の空間には、ワーク10を搬送する回転テーブル31が配置されている。区切部22の下端は、搬送部30に載せられたワーク10が通過する隙間を空けて、回転テーブル31におけるワーク10の載置面と対向している。この区切部22によって、成膜処理部40、膜処理部50、及びイオン照射部60においてワーク10の処理が行われる処理空間が仕切られる。これにより、成膜処理部40のスパッタガスG1、膜処理部50のプロセスガス(第1プロセスガス)G2、及びイオン照射部60のプロセスガス(第2プロセスガス)G3(図3参照)がチャンバ20内に拡散することを抑制できる。As shown in FIG. 2, the
また、後述するように、成膜処理部40、膜処理部50、及びイオン照射部60においては処理空間においてプラズマが生成されるが、チャンバ20よりも小さい空間に仕切られた処理空間における圧力を調整すればよいため、圧力調整を容易に行うことができ、プラズマの放電を安定化させることができる。なお、チャンバ20には排気口21が設けられている。排気口21には排気部90が接続されている。排気部90は配管及び図示しないポンプ、バルブ等を有する。排気口21を通じた排気部90による排気により、チャンバ20内を減圧し、真空とすることができる。
As described below, plasma is generated in the processing space in the film forming
(搬送部)
搬送部30は、回転テーブル31、モータ32及び保持部33を有し、ワーク10を円周の軌跡である搬送経路Lに沿って循環搬送させる。すなわち、搬送部30は、成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60を順に通過するようにワーク10を循環搬送する。そのため、搬送部30は、ワーク10が成膜処理部40とイオン照射部60を交互に通過するようにワーク10を搬送する。
(Transportation section)
The
回転テーブル31は円盤形状を有し、内周面20cと接触しない程度に大きく拡がっている。モータ32は、回転テーブル31の円中心を回転軸として連続的に所定の回転速度で回転させる。本実施形態では、モータ32は、回転テーブル31を図1に示すように反時計回りに回転させる。保持部33は、回転テーブル31の上面に円周等配位置に配設される溝、穴、突起、治具、ホルダ等であり、ワーク10を載せたトレイ34をメカチャック、粘着チャックによって保持する。ワーク10は、例えばトレイ34上にマトリクス状に整列配置され、保持部33は、回転テーブル31上に60°間隔で6つ配設される。The rotating table 31 has a disk shape and is expanded so as not to come into contact with the inner
(成膜処理部)
成膜処理部40は、プラズマを生成し、成膜材料から構成されるターゲット42を該プラズマに曝す。これにより、成膜処理部40は、プラズマに含まれるイオンをターゲット42に衝突させることで叩き出されたターゲット42を構成する粒子をワーク10上に堆積させて成膜を行う。図2に示すように、この成膜処理部40は、ターゲット42、バッキングプレート43及び電極44で構成されるスパッタ源と、電源部46及びスパッタガス導入部49とで構成されるプラズマ発生器を備える。
(Film forming section)
The film forming
ターゲット42は、ワーク10上に堆積されて膜となる成膜材料で構成された板状の部材である。ターゲット42はワーク10上に形成する膜を構成する粒子の供給源となる。ターゲット42は、回転テーブル31に載置されたワーク10の搬送経路Lに離隔して設けられている。ターゲット42の表面は、回転テーブル31に載置されたワーク10に対向するように、チャンバ20の天井20aに保持されている。ターゲット42は例えば3つ設置される。3つのターゲット42は、平面視で三角形の頂点上に並ぶ位置に設けられている。The
バッキングプレート43はターゲット42を保持する支持部材である。このバッキングプレート43は各ターゲット42を個別に保持する。電極44は、チャンバ20の外部から各ターゲット42に個別に電力を印加するための導電性の部材であり、ターゲット42と電気的に接続されている。各ターゲット42に印加する電力は、個別に変えることができる。その他、スパッタ源には、必要に応じてマグネット、冷却機構などが適宜具備されている。
The
電源部46は、例えば、高電圧を印加するDC電源であり、電極44と電気的に接続されている。電源部46は、電極44を通じてターゲット42に電力を印加する。なお、回転テーブル31は、接地されたチャンバ20と同電位であり、ターゲット42側に高電圧を印加することにより、電位差が発生する。電源部46としては、高周波スパッタを行うためにRF電源とすることもできる。The
スパッタガス導入部49は、図2に示すように、チャンバ20にスパッタガスG1を導入する。スパッタガス導入部49は、図示しないボンベ等のスパッタガスG1の供給源と、配管48と、ガス導入口47を有する。2, the sputtering
配管48は、スパッタガスG1の供給源に接続されてチャンバ20を気密に貫通してチャンバ20の内部に延び、その端部がガス導入口47として開口している。The
ガス導入口47は、回転テーブル31とターゲット42との間に開口し、回転テーブル31とターゲット42との間に形成された処理空間41に成膜用のスパッタガスG1を導入する。スパッタガスG1としては不活性ガスが採用でき、アルゴンガス等が好適である。The
このような成膜処理部40では、スパッタガス導入部49からスパッタガスG1を導入し、電源部46が電極44を通じてターゲット42に高電圧を印加すると、回転テーブル31とターゲット42との間に形成された処理空間41に導入されたスパッタガスG1がプラズマ化し、イオン等の活性種が発生する。プラズマ中のイオンはターゲット42と衝突してターゲット42を構成する粒子(以下、ターゲット構成粒子ともいう。)を叩き出す。また、この処理空間41を回転テーブル31によって循環搬送されるワーク10が通過する。叩き出されたターゲット構成粒子は、ワーク10が処理空間41を通過するときにワーク10上に堆積して、ターゲット構成粒子からなる膜がワーク10上に形成される。ワーク10は、回転テーブル31によって循環搬送され、この処理空間41を繰り返し通過することで成膜処理が行われていく。成膜処理部40を1回通過する度に堆積する膜の膜厚は、膜処理部50の処理レートにも依るが、例えば1~2原子レベル(5nm以下)程度の薄膜であると良い。ワーク10が複数回循環搬送されることで、膜の厚みが増し、ワーク10上に所定の膜厚の膜が形成される。In such a film forming
成膜処理部40のスパッタガスの圧力は、0.3Pa以下とすることができ、当該圧力は、成膜処理部40の処理空間41に生じるプラズマが維持できる程度であれば、0.3Paよりも下げることができる。The pressure of the sputtering gas in the film forming
本実施形態では、成膜装置100は、複数(ここでは2つ)の成膜処理部40を備え、成膜処理部40は、区切部22によって区切られた2つの区画に設けられている。複数の成膜処理部40は、成膜材料を選択的に堆積させることにより、複数の成膜材料の層からなる膜を形成する。特に、本実施形態では、異なる種類の成膜材料に対応するスパッタ源を含み、成膜材料を選択的に堆積させることにより、複数種類の成膜材料の層からなる膜を形成する。異なる種類の成膜材料に対応するスパッタ源を含むとは、すべての成膜処理部40の成膜材料が異なる場合も、複数の成膜処理部40で共通の成膜材料であるが、他がこれと異なる場合も含む。成膜材料を1種ずつ選択的に堆積させるとは、いずれか1種の成膜材料の成膜処理部40が成膜を行う間、他の成膜材料の成膜処理部40は成膜を行わないことをいう。In this embodiment, the
本実施形態では、一方の成膜処理部40のターゲット42は、シリコン(Si)で構成され、他方の成膜処理部40のターゲット42は、ニオブ(Nb)で構成されている。シリコンの膜を形成している間は、ニオブの膜を形成せず、ニオブの膜を形成している間は、シリコンの膜を形成しない。2つの成膜処理部40を区別するため、シリコン(Si)で構成されるターゲット42を有する成膜処理部40を、成膜処理部40aとし、ニオブ(Nb)で構成されるターゲット42を有する成膜処理部40を、成膜処理部40bとする。In this embodiment, the
(膜処理部)
膜処理部50は、プロセスガスが導入された処理空間59内で誘導結合プラズマを生成し、当該プラズマ中のイオンと成膜処理部40によってワーク10上に形成された膜とを化学反応させることで化合物膜を生成する。導入されるプロセスガスは、例えば、酸素又は窒素を含む。プロセスガスは、酸素ガス又は窒素ガスの他、アルゴンガス等の不活性ガスを含んでいても良い。プロセスガスが酸素を含む場合は、膜処理部50は、ワーク10上の膜を酸化させる。プロセスガスが窒素を含む場合は、膜処理部50は、ワーク10上の膜を窒化させる。本実施形態のプロセスガスは酸素である。膜処理部50は、酸素ガスをプラズマ化し、当該プラズマ中のイオンと、ワーク10上の最表面にあるシリコン膜又はニオブ膜と化学反応させ、SiO2膜、Nb2O5膜を生成する。
(Membrane processing section)
The
膜処理部50は、筒状体51、窓部材52、アンテナ53、RF電源54、マッチングボックス55及びプロセスガス導入部58により構成されるプラズマ発生器を有する。The
筒状体51は、図1と図2に示すように水平断面が角丸長方形状の筒であり、開口を有する。筒状体51は、その開口が回転テーブル31側に離隔して向かうように、チャンバ20の天井20aに嵌め込まれ、チャンバ20の内部空間に突き出る。この筒状体51は、回転テーブル31と同様の材質とする。窓部材52は、筒状体51の水平断面と略相似形の石英等の誘電体の平板である。この窓部材52は、筒状体51の開口を塞ぐように設けられ、チャンバ20内の酸素ガスを含むプロセスガスG2が導入される処理空間59と筒状体51の内部とを仕切る。処理空間59は、膜処理部50において、回転テーブル31と筒状体51の内部との間に形成される空間である。この処理空間59を回転テーブル31によって循環搬送されるワーク10が繰り返し通過することで酸化処理が行われる。なお、窓部材52は、アルミナ等の誘電体であってもよいし、シリコン等の半導体であってもよい。
As shown in Figs. 1 and 2, the
アンテナ53は、コイル状に巻回された導電体であり、窓部材52によってチャンバ20内の処理空間59とは隔離された筒状体51内部空間に配置され、交流電流が流されることで電界を発生させる。アンテナ53から発生させた電界が窓部材52を介して処理空間59に効率的に導入されるように、アンテナ53は窓部材52の近傍に配置されることが望ましい。アンテナ53には、高周波電圧を印加するRF電源54が接続されている。RF電源54の出力側には整合回路であるマッチングボックス55が直列に接続されている。マッチングボックス55は、入力側及び出力側のインピーダンスを整合させることで、プラズマの放電を安定化させる。The
プロセスガス導入部58は、図2に示すように、処理空間59に酸素ガスを含むプロセスガスG2を導入する。プロセスガス導入部58は、図示しないボンベ等のプロセスガスG2の供給源と、配管57、ガス導入口56を有する。2, the process
配管57は、プロセスガスG2の供給源に接続されてチャンバ20を気密に貫通してチャンバ20の内部に延び、その端部がガス導入口56として開口している。
The
ガス導入口56は、窓部材52と回転テーブル31との間の処理空間59に開口し、プロセスガスG2を導入する。
The
このような膜処理部50では、RF電源54からアンテナ53に高周波電圧が印加される。これにより、アンテナ53に高周波電流が流れ、電磁誘導による電界が発生する。電界は、窓部材52を介して、処理空間59に発生し、プロセスガスG2の誘導結合プラズマが発生する。このとき、酸素ガスもイオン化し、酸素イオンがワーク10上の膜に衝突し、膜を構成する原子と結合する。その結果、ワーク10上の膜は酸化され、化合物膜として酸化膜が形成される。In such a
(イオン照射部)
イオン照射部60は、対象物にイオンを照射する。イオン照射部60は、プロセスガスをプラズマ化し、当該プラズマに含まれるイオンを対象物に照射する。対象物は、ワーク10上の形成途中の膜である。ワーク10上の形成途中の膜とは、ワーク10上に形成する所望の膜厚の膜に至るまでの膜であり、具体的には、膜処理部50による処理が行われたワーク10上の化合物膜、又は、成膜処理部40により形成されたワーク10上の膜である。換言すれば、搬送部30は、ワーク10が成膜処理部40と膜処理部50とイオン照射部60を通過するようにワーク10を循環搬送することにより、イオン照射部60が、膜処理部50による処理が行われたワーク10上の化合物膜にイオンを照射する。或いは、各部40、50、60の搬送部30による搬送方向において、成膜処理部40、イオン照射部60、膜処理部50の順で配置されている場合には、搬送部30は、ワーク10が成膜処理部40とイオン照射部60と膜処理部50を通過するようにワーク10を循環搬送することにより、イオン照射部60が、成膜処理部40により形成されたワーク10上の膜にイオンを照射する。このイオン照射部60は、筒形電極61、シールド64、RF電源66及びプロセスガス導入部65とで構成されるプラズマ発生器を備える。
(Ion irradiation unit)
The
このイオン照射部60は、図3に示すように、チャンバ20の上部から内部にかけて設けられた筒形電極61を備えている。筒形電極61は、角筒状であり、一端に開口部61aを有し、他端は閉塞されている。筒形電極61は、開口部61aを有する一端が回転テーブル31に向かうように、チャンバ20の天面に設けられた開口21aに絶縁部材62を介して取り付けられている。筒形電極61の側壁はチャンバ20の内部に延在している。3, the
筒形電極61の、開口部61aと反対端には、外方へ張り出すフランジ61bが設けられている。絶縁部材62が、フランジ61bとチャンバ20の開口21aの周縁との間に固定されることで、チャンバ20の内部を気密に保っている。絶縁部材62は絶縁性があればよく、特定の材料に限定されないが、例えば、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の材料から構成することができる。An outwardly extending
筒形電極61の開口部61aは、回転テーブル31の搬送経路Lと向かい合う位置に配置される。回転テーブル31は、搬送部30として、ワーク10を搭載したトレイ34を搬送して開口部61aに対向する位置を通過させる。なお、回転テーブル31の径方向におけるトレイ34の大きさよりも、筒形電極61の開口部61aの方が大きい。The
図1に示すように、筒形電極61は平面方向から見ると回転テーブル31の半径方向における中心側から外側に向けて拡径する扇形になっている。ここでいう扇形とは、扇子の扇面の部分の形を意味する。筒形電極61の開口部61aも、同様に扇形である。回転テーブル31上のトレイ34が開口部61aに対向する位置を通過する速度は、回転テーブル31の半径方向において中心側に向かうほど遅くなり、外側へ向かうほど速くなる。そのため、開口部61aが単なる長方形又は正方形であると、半径方向における中心側と外側とでワーク10が開口部61aに対向する位置を通過する時間に差が生じる。開口部61aを半径方向における中心側から外側に向けて拡径させることで、開口部61aを通過する時間を一定とすることができ、後述するプラズマ処理を均等にできる。ただし、通過する時間の差が製品上問題にならない程度であれば、長方形又は正方形でもよい。1, the
上述したように、筒形電極61はチャンバ20の開口21aを貫通し、一部がチャンバ20の外部に露出している。この筒形電極61におけるチャンバ20の外部に露出した部分は、図3に示すように、ハウジング63に覆われている。ハウジング63によってチャンバ20の内部の空間が気密に保たれる。筒形電極61のチャンバ20の内部に位置する部分、すなわち側壁の周囲は、シールド64によって覆われている。As described above, the
シールド64は、筒形電極61と同軸の扇形の角筒であり、筒形電極61よりも大きい。シールド64はチャンバ20に接続されている。具体的には、シールド64はチャンバ20の開口21aの縁から立設し、チャンバ20の内部に向かって延びた端部は、筒形電極61の開口部61aと同じ高さに位置する。シールド64は、チャンバ20と同様にカソードとして作用するので、電気抵抗の少ない導電性の金属部材で構成すると良い。シールド64はチャンバ20と一体的に成型しても良く、あるいはチャンバ20に固定金具等を用いて取り付けても良い。The
シールド64は筒形電極61内でプラズマを安定して発生させるために設けられている。シールド64の各側壁は、筒形電極61の各側壁と所定の隙間を介して略平行に延びるように設けられる。隙間が大きくなりすぎると静電容量が小さくなったり、筒形電極61内で発生したプラズマが隙間に入り込んだりしてしまうため、隙間はできるだけ小さいことが望ましい。ただし、隙間が小さくなり過ぎても、筒形電極61とシールド64との間の静電容量が大きくなってしまうため好ましくない。隙間の大きさは、プラズマの発生に必要とされる静電容量に応じて適宜設定すると良い。なお、図3は、シールド64及び筒形電極61の半径方向に延びる2つの側壁面しか図示していないが、シールド64及び筒形電極61の周方向に延びる2つの側壁面の間も、半径方向の側壁面と同じ大きさの隙間が設けられている。The
また、筒形電極61にはプロセスガス導入部65が接続されている。プロセスガス導入部65は、配管の他、図示しないプロセスガスG3のガス供給源、ポンプ、バルブ等を有する。このプロセスガス導入部65によって、筒形電極61内にプロセスガスG3が導入される。プロセスガスG3は、処理の目的によって適宜変更可能である。例えば、プロセスガスG3は、アルゴンガス、酸素ガス若しくは窒素ガス、又は、アルゴンガスに加えて酸素ガス若しくは窒素ガスを含んでいても良い。A
筒形電極61には、高周波電圧を印加するためのRF電源66が接続されている。RF電源66の出力側には整合回路であるマッチングボックス67が直列に接続されている。RF電源66はチャンバ20にも接続されている。RF電源66から電圧を印加すると、筒形電極61がアノードとして作用し、チャンバ20、シールド64、回転テーブル31、及びトレイ34がカソードとして作用する。つまり、逆スパッタのための電極として機能する。このため、上記のように、回転テーブル31、及びトレイ34は導電性を有し、電気的に接続されるように接触している。An
マッチングボックス67は、入力側及び出力側のインピーダンスを整合させることで、プラズマの放電を安定化させる。なお、チャンバ20や回転テーブル31は接地されている。チャンバ20に接続されるシールド64も接地される。RF電源66及びプロセスガス導入部65はともに、ハウジング63に設けられた貫通孔を介して筒形電極61に接続する。The
プロセスガス導入部65から筒形電極61内にプロセスガスG3であるアルゴンガスを導入し、RF電源66から筒形電極61に高周波電圧を印加すると、容量結合プラズマが発生し、アルゴンガスがプラズマ化され、電子、イオン及びラジカル等が発生する。この発生させたプラズマ中のイオンをワーク10上の形成途中の膜に照射する。Argon gas, which is the process gas G3, is introduced into the
すなわち、イオン照射部60は、一端に開口部61aが設けられ、内部にプロセスガスG3が導入される筒形電極61と、筒形電極61に対して高周波電圧を印加するRF電源66と、を有し、搬送部30が開口部61aの直下にワーク10を搬送して通過させることで、ワーク10上に形成された膜に対してイオンを引き込み、イオン照射が行われる。イオン照射部60では、ワーク10上に形成された膜にイオンを引き込むために、ワーク10が載置されるトレイ34と回転テーブル31に負のバイアス電圧が印加される。That is, the
イオン照射部60のような筒形電極61を用いることで、トレイ34や回転テーブル31には高周波電圧を印加しなくとも、これらの部材はアース電位のまま、ワーク10が載置されるトレイ34と回転テーブル31に所望の負のバイアス電圧を印加して、成膜された薄膜にイオンを引き込むことが可能となる。これにより、トレイ34や回転テーブル31に高周波電圧を印加する構造を追加したり、所望のバイアス電圧を得るために、アノードとなる電極の面積とカソードとなる電極を取り囲む他の部材の面積比を考慮したりする必要がなくなり、装置設計が容易となる。By using a
このため、ワーク10上の形成途中の膜を平坦化するために、ワーク10を移動させながら成膜とイオン照射を繰り返し行う場合であっても、簡易な構造で、ワーク10上に形成された膜にイオンを引き込むことができる。Therefore, even when film formation and ion irradiation are repeated while moving the
このように、膜処理部50は、酸素ガスまたは窒素ガスをプラズマ化してイオンを生成し、ワーク10上に形成された膜と化学反応させることで、化合物膜を生成する機能を有する。膜処理部50では、プラズマ密度の高い誘導結合プラズマを利用することで、当該プラズマ中のイオンと成膜処理部40によってワーク10上に形成された膜とを効率的に化学反応させることで化合物膜を生成することが可能である。In this way, the
イオン照射部60は、ワーク10が載置されるトレイ34と回転テーブル31に負のバイアス電圧を印加して、ワーク10上に形成された膜にイオンを引き込み、薄膜を平坦化する機能を有する。イオン照射部60では、筒形電極61を利用することで、簡易にワーク10上に形成された膜にイオンを引き込み、平坦化を行うことが可能である。The
(ロードロック部)
ロードロック部70は、チャンバ20の真空を維持した状態で、図示しない搬送手段によって、外部から未処理のワーク10を搭載したトレイ34を、チャンバ20内に搬入し、処理済みのワーク10を搭載したトレイ34をチャンバ20の外部へ排出する装置である。このロードロック部70は、周知の構造のものを適用することができるため、説明を省略する。
(Load lock section)
The
(制御装置)
制御装置80は、排気部90、スパッタガス導入部49、プロセスガス導入部58、65、電源部46、RF電源54、66、搬送部30など、成膜装置100を構成する各種要素を制御する。この制御装置80は、PLC(Programmable Logic Controller)や、CPU(Central Processing Unit)を含む処理装置であり、制御内容を記述したプログラムが記憶されている。具体的に制御される内容としては、成膜装置100の初期排気圧力、ターゲット42及びアンテナ53への印加電力、スパッタガスG1及びプロセスガスG2、G3の流量、導入時間及び排気時間、成膜時間、モータ32の回転速度などが挙げられる。なお、制御装置80は、多種多様な成膜仕様に対応可能である。
(Control device)
The
(動作)
次に、制御装置80により制御された成膜装置100の全体動作を説明する。図4は、本実施形態に係る成膜装置100による処理のフローチャートである。まず、搬送手段によって、ワーク10を搭載したトレイ34がロードロック部70からチャンバ20内に順次搬入される(ステップS01)。ステップS01においては、回転テーブル31は、空の保持部33を、順次、ロードロック部70からの搬入箇所に移動させる。保持部33は、搬送手段により搬入されたトレイ34を、それぞれ個別に保持する。このようにして、成膜されるワーク10を搭載したトレイ34が、回転テーブル31上に全て載置される。
(motion)
Next, the overall operation of the
チャンバ20内は、排気部90によって排気口21から排気されて常に減圧されている。チャンバ20内が所定の圧力まで減圧される(ステップS02)。そして、ワーク10を載せた回転テーブル31が回転して、所定の回転速度に達する(ステップS03)。The
回転テーブル31の回転が所定の回転速度に達すると、まず成膜処理部40aが稼働を開始し、ワーク10上にシリコン膜を成膜する(ステップS04)。即ち、スパッタガス導入部49が、ガス導入口47を通じてスパッタガスG1を供給する。スパッタガスG1は、シリコン材料から構成されたターゲット42の周囲に供給される。電源部46はターゲット42に電圧を印加する。これにより、スパッタガスG1をプラズマ化させる。プラズマにより発生したイオンは、ターゲット42に衝突してシリコンの粒子を叩き出す。成膜処理部40aを通過するワーク10の表面には、その通過毎にシリコン粒子が堆積して、シリコン膜が成膜される。When the rotation of the rotating table 31 reaches a predetermined rotation speed, the film forming
回転テーブル31の回転により成膜処理部40aを通過し、シリコン膜が成膜されたワーク10は、膜処理部50に向かい、膜処理部50にてシリコン膜が酸化される(ステップS05)。即ち、プロセスガス導入部58がガス導入口56を通じて酸素ガスを含むプロセスガスG2を供給する。酸素ガスを含むプロセスガスG2は、窓部材52と回転テーブル31に挟まれた処理空間59に供給される。RF電源54はアンテナ53に高周波電圧を印加する。高周波電圧の印加により高周波電流が流れたアンテナ53が発生させた電界は、窓部材52を介して、処理空間59に発生し、この空間に供給された酸素ガスを含むプロセスガスG2を励起させてプラズマを発生させる。更にプラズマによって発生した酸素イオンは、ワーク10上に成膜されたシリコン膜に衝突することにより、シリコンと結合し、ワーク10上のシリコン膜はSiO2膜に変換される。
The
回転テーブル31の回転により膜処理部50を通過し、SiO2膜が成膜されたワーク10は、イオン照射部60に向かい、イオン照射部60にてSiO2膜にイオンが照射される(ステップS06)。すなわち、プロセスガス導入部65が配管を通じてアルゴンガスを含むプロセスガスG3を供給する。このプロセスガスG3は、筒形電極61と回転テーブル31に囲まれた筒形電極61内の空間に供給される。RF電源66により筒形電極61に電圧を印加すると、筒形電極61がアノードとして作用し、チャンバ20、シールド64、回転テーブル31、及びトレイ34がカソードとして作用し、筒形電極61内の空間に供給されたプロセスガスG3を励起させてプラズマを発生させる。更にプラズマによって発生したアルゴンイオンは、ワーク10上に成膜されたSiO2膜に衝突することにより、当該膜における疎の部分に粒子を移動させて、膜表面を平らにする。
The
このように、ステップS04~S06では、稼働している成膜処理部40aの処理空間41をワーク10が通過することで成膜処理が行われ、稼働している膜処理部50の処理空間59をワーク10が通過することで酸化処理が行われる。そして、稼働しているイオン照射部60の筒形電極61内の空間をワーク10が通過することで、ワーク10上に形成されたSiO2膜が平坦化される。なお、「稼働している」とは、各部40a、50、60の処理空間においてプラズマを発生させるプラズマ生成動作が行われていることと同義とする。
Thus, in steps S04 to S06, the workpiece 10 passes through the
なお、膜処理部50の稼働は、成膜処理部40aで最初の成膜が行われたワーク10が膜処理部50に到達するまでの間に開始すれば良い。また、イオン照射部60の稼働は、膜処理部50で酸化処理が行われたワーク10がイオン照射部60に到達するまでに開始すれば良い。The operation of the
回転テーブル31は、所定の厚みのSiO2膜がワーク10上に形成されるまで、すなわちシミュレーションや実験などで予め得られた所定の時間が経過するまで(ステップS07のNO)、回転を継続する。換言すると、所定の厚みのSiO2膜が形成されるまでの間、ワーク10は搬送部30により成膜処理部40a、膜処理部50、イオン照射部60を順に循環し続け、ワーク10上にシリコン粒子を堆積させる成膜処理(ステップS04)と、堆積させたシリコン粒子を酸化させる酸化処理(ステップS05)と、生成されたSiO2膜をイオン照射により平坦化する平坦化処理(ステップS06)とを順次繰り返される。
The rotating table 31 continues to rotate until a SiO 2 film of a predetermined thickness is formed on the
所定の時間が経過したら(ステップS07のYES)、成膜処理部40aの稼働を停止する(ステップS08)。具体的には、スパッタガス導入部49によるスパッタガスG1の導入を停止し、電源部46によるターゲット42への電圧印加を停止する。なお、成膜処理部40aを停止したとき、膜処理部50、イオン照射部60の稼働も停止し、次に成膜が行われる成膜処理部40bにおいて最初の成膜が行われたワーク10が膜処理部50、イオン照射部60に到達するまでの間に稼働を再開してもよい。また、成膜処理部40aの稼働が停止しても、膜処理部50、イオン照射部60の稼働を停止させないようにしてもよい。この場合、膜処理部50、イオン照射部60は、成膜処理部40aと成膜処理部40bの稼働が停止するまで、稼働していることになる。After a predetermined time has elapsed (YES in step S07), the operation of the film forming
次に、成膜処理部40bが稼働を開始し、平坦化したSiO2膜上にニオブ膜を成膜する(ステップS09)。すなわち、スパッタガス導入部49が、ガス導入口47を通じてスパッタガスG1を供給する。スパッタガスG1は、ニオブ材料から構成されたターゲット42の周囲に供給される。電源部46はターゲット42に電圧を印加する。これにより、スパッタガスG1をプラズマ化させる。プラズマにより発生したイオンは、ターゲット42に衝突してニオブ粒子を叩き出す。成膜処理部40bを通過するワーク10の表面には、その通過毎にニオブ粒子が堆積して、ニオブ膜が成膜される。
Next, the film forming
回転テーブル31の回転により成膜処理部40bを通過し、ニオブ膜が成膜されたワーク10は、膜処理部50に向かい、膜処理部50にてニオブ膜が酸化される(ステップS10)。即ち、ステップS05と同様に、プロセスガス導入部58により酸素ガスを含むプロセスガスG2を処理空間59に供給し、RF電源54によりアンテナ53に高周波電圧を印加することにより、処理空間59にプラズマを発生させる。このプラズマによって発生した酸素イオンがワーク10上に成膜されたニオブ膜に衝突することにより、ニオブと結合し、ワーク10上のニオブ膜はNb2O5膜に変換される。
The
回転テーブル31の回転により膜処理部50を通過し、Nb2O5膜が成膜されたワーク10は、イオン照射部60に向かい、イオン照射部60にてNb2O5膜にイオンが照射される(ステップS11)。すなわち、ステップS06と同様に、プロセスガス導入部65によりアルゴンガスを含むプロセスガスG3を、筒形電極61と回転テーブル31に囲まれた処理空間に供給し、RF電源66により筒形電極61に電圧を印加することにより、当該処理空間に供給されたプロセスガスG3を励起させてプラズマを発生させる。更にプラズマによって発生したアルゴンイオンは、ワーク10上に成膜されたNb2O5膜に衝突することにより、当該膜における疎の部分に粒子を移動させて、膜表面を平らにする。
The
回転テーブル31は、所定の厚みのNb2O5膜がワーク10上に形成されるまで、すなわちシミュレーションや実験などで予め得られた所定の時間が経過するまで(ステップS12のNO)、回転を継続する。換言すると、所定の厚みのNb2O5膜が形成されるまでの間、ワーク10は搬送部30により成膜処理部40b、膜処理部50、イオン照射部60を順に循環し続け、ワーク10上にニオブ粒子を堆積させる成膜処理(ステップS09)と、堆積させたニオブ粒子を酸化させる酸化処理(ステップS10)と、生成されたNb2O5膜をイオン照射により平坦化する平坦化処理(ステップS11)とが順次繰り返される。
The rotating table 31 continues to rotate until a Nb 2 O 5 film of a predetermined thickness is formed on the
所定の時間が経過したら(ステップS12のYES)、成膜処理部40bの稼働を停止する(ステップS13)。具体的には、スパッタガス導入部49によるスパッタガスG1の導入を停止し、電源部46によるターゲット42への電圧印加を停止する。After the predetermined time has elapsed (YES in step S12), the operation of the film forming
このように、ワーク10上にSiO2膜11とNb2O5膜12とを、例えば図5に示すように、各膜が所定の数に至るまでステップS04~S13を繰り返すことで、交互に積層する。
In this manner, the SiO 2 films 11 and the Nb 2 O 5 films 12 are alternately laminated on the
所定の数のSiO2膜とNb2O5膜とを形成したら、成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60の稼働を停止する(ステップS15)。すなわち、スパッタガスG1の導入、プロセスガスG2、G3の導入、及び、電源部46、RF電源54、66による電圧印加を停止する。そして、回転テーブル31の回転を停止させ、ロードロック部70からワーク10が載せられたトレイ34を排出する(ステップS16)。
After a predetermined number of SiO2 films and Nb2O5 films are formed, the
(作用)
以上のように、成膜装置100は、搬送部30により、ワーク10が成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60を通過するように当該ワーク10を循環搬送するので、SiO2膜及びNb2O5膜をそれぞれ所定の厚みに至るまでに、イオン照射部60により形成途中の膜にイオンが照射され、当該膜の凹凸が緩和されるので、平坦な膜を積層することができる。
(Action)
As described above, in the
すなわち、複数の膜が積み重なってなる積層膜の形成においては、膜中の粒子が疎の部分と密な部分が生じ、膜に凹凸が生じるが、本実施形態では、膜の形成途中でイオン照射部60により凹凸のある当該膜にイオンを照射することで、当該膜中の疎の部分に粒子を移動させて、膜を平坦化するので、凹凸のない又は少ない平坦で緻密な膜を形成することができる。さらに、当該膜の上に他の種類の膜を形成する場合でも同様に、膜の形成途中でイオン照射部60により凹凸のある当該膜にイオンを照射することで、当該膜中の疎の部分に粒子を移動させて、膜を平坦化するので、凹凸のない又は少ない平坦で緻密な膜を形成することができる。That is, in the formation of a laminated film in which multiple films are stacked, the particles in the film are sparsely distributed and densely distributed, resulting in unevenness in the film. In this embodiment, however, the
(効果)
(1)本実施形態の成膜装置100は、ワーク10上に膜を形成する成膜装置であって、ワーク10を循環搬送する回転テーブル31を有する搬送部30と、膜を構成する材料からなるターゲット42と、ターゲット42と回転テーブル31との間に導入されたスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、プラズマによりターゲット42をスパッタリングしてワーク10上に膜を形成する成膜処理部40と、イオンを照射するイオン照射部60と、を備え、搬送部30は、ワーク10が膜の形成途中で成膜処理部40とイオン照射部60とを通過するように搬送し、イオン照射部60は、ワーク10上の形成途中の膜にイオンを照射するようにした。
(effect)
(1) The
これにより、平坦な膜を形成することができる。すなわち、スパッタリングの手法を用いた成膜処理部40による成膜は、ワーク10上の特定の箇所にターゲット42から叩き出された粒子が堆積しやすく、形成される膜に凹凸が生じやすい。これに対し、イオン照射部60によってワーク10上の形成途中の膜にイオンを照射することにより、膜から出っ張った部分にイオンが衝突し、当該部分が崩れ、崩れた部分が周囲の凹んだ部分に収まることで膜を平坦化することができる。そして、平坦化した膜の上にさらに成膜処理部40により膜が形成され、イオン照射により平坦化されるので、所定の膜厚の膜を形成した後にその表面のみを平坦化する場合と比べて、平坦度を高くすることができる。This allows a flat film to be formed. That is, when the film is formed by the film forming
なお、スパッタリングにより形成した膜の表面に生じる凹凸を抑制するためには、ワークを加熱しながら成膜処理を行うことによって、ワークの表面のスパッタ粒子に熱エネルギーを与えて、スパッタ粒子の疎の部分に移動させて平坦にする方式がある。しかし、回転テーブルの回転によりワークを循環搬送させて、スパッタリングにより成膜する成膜ユニットの直下を繰り返し通過させる方式の成膜装置においては、回転テーブル上のワークを加熱するためには、回転テーブル全体を加熱することが必要となり、大きなエネルギーを必要とするとともに、成膜装置の構成が複雑になる。これに対し、本実施形態では、搬送部30により、膜の形成途中で成膜処理部40とイオン照射部60とを通過するようにワーク10を搬送し、イオン照射部60により、ワーク10上の形成途中の膜にイオン照射するようにしたので、ワーク10を加熱しなくても膜を平坦化することができ、装置構成の複雑化を防止できるとともに、省エネルギー化を図ることができる。In order to suppress the unevenness on the surface of the film formed by sputtering, there is a method in which the workpiece is heated while the film formation process is performed, and thermal energy is applied to the sputtered particles on the surface of the workpiece, so that the sputtered particles move to the sparse areas and are flattened. However, in a film formation apparatus in which the workpiece is circulated and transported by rotating the turntable and repeatedly passes directly under the film formation unit that forms the film by sputtering, it is necessary to heat the entire turntable in order to heat the workpiece on the turntable, which requires a large amount of energy and makes the configuration of the film formation apparatus complicated. In contrast, in this embodiment, the
また、本実施形態は、ワーク10上に膜を形成する成膜装置100であって、内部が真空とすることが可能なチャンバ20と、チャンバ内に設けられ、ワーク10を円周の搬送経路で循環搬送する回転テーブル31を有する搬送部30と、膜を構成する材料からなるターゲット42と、ターゲット42と回転テーブル31との間に導入されたスパッタガスG1をプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、プラズマによりターゲット42をスパッタリングしてワーク10上に膜を形成する成膜処理部40と、チャンバ20の内部空間に突出し、搬送経路に向かって開口する筒状体51と、筒状体の開口を塞ぐように設けられた窓部材52と、回転テーブル31と筒状体51との間に形成される処理空間59に第1プロセスガス(プロセスガスG2)を導入する第1プロセスガス導入部(プロセスガス導入部58)と、窓部材52を介して処理空間59に電界を発生させるアンテナ53と、アンテナ53に高周波電圧を印加する電源(RF電源54)と、を有し、第1プロセスガスG2をプラズマ化して処理空間59に誘導結合プラズマを発生させ、膜を化学反応させる膜処理部50と、一端に開口部61aが設けられ、開口部61aが搬送経路に向かうようにチャンバ20に取り付けられた筒形電極61と、筒形電極61の内部に第2プロセスガス(プロセスガスG3)を導入する第2プロセスガス導入部(プロセスガス導入部65)と、筒形電極61に対して高周波電圧を印加するRF電源66と、を有し、第2プロセスガスG3をプラズマ化して生成されたイオンを膜に照射するイオン照射部60を備え、搬送部30は、成膜処理部40と膜処理部50とイオン照射部60とを通過するようにワーク10を循環搬送し、イオン照射部60は、ワーク10上の形成途中の膜にイオンを照射するようにした。In addition, this embodiment is a
これにより、成膜処理部40によって成膜された膜を、膜処理部50によって化学反応させ、イオン照射部60によって平坦化させることができる。そして、イオン照射部60が、第2プロセスガスG3を導入する第2プロセスガス導入部と、一端に開口部61aが設けられ、内部に第2プロセスガスG3が導入される筒形電極61と、筒形電極61に対して高周波電圧を印加する電源(RF電源66)とを有することによって、循環搬送によって移動するワーク10であっても容易に負のバイアス電圧をかけられる。これにより、ワーク10にイオンを引き込むことが可能となり、効率よくワーク10上の膜を平坦化できる。一方、膜処理部50では、イオン照射部60で生成されるプラズマよりもプラズマ密度の高い誘導結合プラズマによってワーク10上の膜を化合物膜に効率よく変換することができる。
As a result, the film formed by the film forming
このように、本実施形態の成膜装置100においては、膜処理部50とイオン照射部60を別の構成部として分離し、かつ、成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60を循環搬送してワーク10を通過させることで、ワーク10上で、原子レベルでの膜厚での成膜、化合物膜への変換、平坦化の処理を繰り返し行うことができる。これにより、例えば酸化膜が含まれる光学膜を成膜する場合は、平坦度が高く酸化効率の高い膜を積層することが可能となり、光学特性の高い光学膜を形成することができる。In this way, in the
(2)搬送部30は、ワーク10が成膜処理部40とイオン照射部60とを交互に通過するように搬送するようにした。これにより、平坦化した膜の上に更に膜を形成して所定の厚みの膜を形成するので、より平坦な膜を形成することができる。(2) The conveying
(3)プロセスガスG2を導入するプロセスガス導入部58と、プロセスガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、成膜処理部40により形成された膜を化学反応させる膜処理部50を備え、搬送部30は、ワーク10が膜処理部50を通過した後、イオン照射部60を通過するように搬送するようにした。これにより、ワーク10上に生成された化合物膜を平坦にすることができる。(3) The apparatus includes a process
(4)プロセスガスG2は、酸素又は窒素を含むようにした。これにより、ワーク10上に堆積した膜を酸化又は窒化することができる。(4) The process gas G2 contains oxygen or nitrogen. This allows the film deposited on the
(5)成膜処理部40のスパッタガスの圧力を0.3Pa以下とした。これにより、ターゲット42から叩き出されたターゲット構成粒子がスパッタガス中の原子、イオンなどの構成粒子と衝突することによる、ターゲット構成粒子の運動エネルギーの減少が小さくなるので、ターゲット構成粒子が比較的大きな運動エネルギーを持ったまま、ワーク10又はその表面の膜に到達し、当該ワーク10又はその表面の膜上を移動する現象が生じる結果、膜の凹んだ部分にターゲット構成粒子が収まり、膜を平坦にすることができる。
(5) The pressure of the sputtering gas in the film forming
(6)本実施形態の成膜装置100は、複数の成膜処理部40を備え、複数の成膜処理部40は、ワーク10上に異なる組成の膜を交互に積層させて形成するようにした。これにより、膜表面での光の乱反射が抑制された光学特性が良好な光学膜を有する光学機器を得ることができる。(6) The
(7)イオン照射部60は、プロセスガス(第2プロセスガス)G3を導入するプロセスガス導入部65と、プロセスガスG3をプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、プラズマ発生器により生成されたプラズマ中のイオンを膜に照射するようにした。また、プロセスガスG3は、アルゴンを含むようにした。これにより、原子サイズの大きなアルゴンイオンをワーク10上に堆積した粒子の集合である膜に衝突させることにより、粒子が密な部分である膜の凸部を崩し、その崩した粒子を疎の部分である膜の凹部に収めやすくなり、膜を平坦化しやすくすることができる。(7) The
(8)プロセスガス(第2プロセスガス)G3は、酸素若しくは窒素、又は、アルゴンと酸素若しくは窒素を含むようにした。これにより、膜処理部50による酸化又は窒化が不十分だった場合に、イオン照射部60で酸素イオン又は窒素イオンと膜とが化学反応して酸化又は窒化することで、反応を補うことができる。例えば、イオン照射部60よりも先に膜処理部50をワーク10が通過する場合、膜処理部50において酸化又は窒化が不十分であっても、次に通過するイオン照射部60において酸素イオン又は窒素イオンと膜とが化学反応して酸化又は窒化することで、反応を補うことができる。また、プロセスガス(第2プロセスガス)G3にアルゴンが含まれている場合、アルゴンイオンの衝突によって、酸化又は窒化した膜から酸素原子、窒素原子が分離し、膜の酸化又は窒化が不十分な状況になる場合がある。その場合でも、酸素イオン又は窒素イオンと膜とが再度化学反応して酸化又は窒化することで、反応を補うことができる。例えば、イオン照射部60よりも先に膜処理部50をワーク10が通過する場合、膜処理部50において酸化又は窒化が行われていても、イオン照射部60におけるアルゴンイオンの衝突によって、酸化又は窒化した酸素原子、窒素原子が分離し、酸化又は窒化が不十分な状況になる場合がある。その場合でも、イオン照射部60において、酸素イオン又は窒素イオンと膜とが再度化学反応して酸化又は窒化することで、反応を補うことができる。(8) The process gas (second process gas) G3 contains oxygen or nitrogen, or argon and oxygen or nitrogen. As a result, if the oxidation or nitridation by the
(実施例)
本実施形態の成膜装置100により、表1の記載の条件で、ワーク10上に、SiO2膜とNb2O5膜を交互に計22層の積層膜を成膜してなるコールドミラーを作製した。なお、表1中の「成膜処理部」における「ターゲット印加電力(W)」の数値範囲は、3つのターゲット42それぞれに供給する電力の範囲を示している。
Using the film-forming
実施例1のコールドミラーは、各層の膜を、膜処理部50により酸化させた後、当該膜をイオン照射部60によりイオン照射することにより作製したものである。実施例2のコールドミラーは、成膜処理部40へのスパッタガスG1の供給流量を50sccmとして実施例1の場合より減らしたこと以外は実施例1と同じ条件で作製したものである。換言すれば、成膜処理部40におけるスパッタガスの圧力は、実施例1が0.5Pa、実施例2が0.3Paである。比較例1のコールドミラーは、実施例1と比べてイオン照射部60によるイオン照射を行わずに作製したものである。The cold mirror of Example 1 was produced by oxidizing the films of each layer by the
実施例1、2及び比較例1の断面全体及びその表層8層部分を、株式会社日立ハイテクノロジーズ製のH-9500の透過電子顕微鏡(TEM)を用いて、加速電圧を200kVとして撮影し、断面画像を得た。 The entire cross section and the eight outer layers of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were photographed using a Hitachi High-Technologies Corporation H-9500 transmission electron microscope (TEM) at an acceleration voltage of 200 kV to obtain cross-sectional images.
図6は、透過電子顕微鏡(TEM)により撮影した実施例1、2及び比較例1の断面画像であり、(a)は実施例1、(b)は実施例2、(c)は比較例1の断面画像である。図7は、図6における実施例1、2及び比較例1の表層8層部分の拡大断面画像であり、(a)は実施例1、(b)は実施例2、(c)は比較例1の断面画像である。 Figure 6 shows cross-sectional images of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 taken by a transmission electron microscope (TEM), where (a) is a cross-sectional image of Example 1, (b) is a cross-sectional image of Example 2, and (c) is a cross-sectional image of Comparative Example 1. Figure 7 shows enlarged cross-sectional images of the eight surface layers of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 in Figure 6, where (a) is a cross-sectional image of Example 1, (b) is a cross-sectional image of Example 2, and (c) is a cross-sectional image of Comparative Example 1.
図8は、実施例1、2及び比較例1の各層の最大高さRzを示すグラフである。図9は、実施例1、2及び比較例1の各層の最大高さRzの標準偏差を示すグラフである。図8及び図9の「最大高さ」とは、各層において最もワーク10に近い部分を基準とした、最もワーク10の表面に近い出っ張った部分の高さである。
Figure 8 is a graph showing the maximum height Rz of each layer in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. Figure 9 is a graph showing the standard deviation of the maximum height Rz of each layer in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. The "maximum height" in Figures 8 and 9 refers to the height of the protruding part closest to the surface of the
図6(a)及び図7(a)と図6(c)及び図7(c)に示すように、実施例1は、比較例1と比べると、各層の膜が平坦になっていることが見て取れる。また、図8及び図9に示すように、実施例1は、比較例1と比べて各層の最大高さRzの平均が38%小さくなり、各層の標準偏差の平均は40%小さくなっていることから、各層の膜が平坦になっていることが分かる。このように、実施例1と比較例1の違いは、膜に対するイオン照射の有無による違いであるから、図6~図9に示すように、視覚の面からも数字の面からもイオン照射によって膜を平坦化する効果を確認することができる。 As shown in Figures 6(a) and 7(a) and Figures 6(c) and 7(c), it can be seen that the film of each layer in Example 1 is flatter than that in Comparative Example 1. Also, as shown in Figures 8 and 9, the average maximum height Rz of each layer in Example 1 is 38% smaller than that in Comparative Example 1, and the average standard deviation of each layer is 40% smaller, so it can be seen that the film of each layer is flatter. Thus, the difference between Example 1 and Comparative Example 1 is the difference in the presence or absence of ion irradiation on the film, so that the effect of flattening the film by ion irradiation can be confirmed both visually and numerically as shown in Figures 6 to 9.
また、図6(a)及び図7(a)と図6(b)及び図7(b)に示すように、実施例2は、実施例1と比べると、各層の膜が更に平坦になっていることが見て取れる。また、図8及び図9に示すように、実施例2は、実施例1と比べて各層の最大高さRzの平均が56%小さくなり、各層の標準偏差の平均は63%小さくなっていることから、各層の膜が平坦になっていることが分かる。このように、実施例2と実施例1の違いは、成膜処理部40に供給するスパッタガスの流量の違い、すなわち、スパッタガスの圧力の違いであるから、図6~図9に示すように、視覚の面からも数字の面からも成膜雰囲気を低圧にしたことによって膜を更に平坦化する効果を確認することができる。
As shown in Figs. 6(a) and 7(a) and Figs. 6(b) and 7(b), it can be seen that the film of each layer in Example 2 is even flatter than that in Example 1. As shown in Figs. 8 and 9, the average maximum height Rz of each layer in Example 2 is 56% smaller than that in Example 1, and the average standard deviation of each layer is 63% smaller, so it can be seen that the film of each layer is even flatter. Thus, the difference between Example 2 and Example 1 is the difference in the flow rate of the sputtering gas supplied to the film forming
なお、実施例1、2及び比較例1は、22層を有する積層膜を有するが、図8及び図9において、第1層目の最大高さRz及び標準偏差に注目すると、実施例1、2は比較例1と比べて最大高さRz及び標準偏差の何れも小さい値となっていることから、積層膜の形成だけでなく、単層膜の形成においてもイオン照射による膜の平坦化の効果が得られることが確認することができる。 Note that Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 have a laminated film having 22 layers. Looking at the maximum height Rz and standard deviation of the first layer in Figures 8 and 9, it can be seen that Examples 1 and 2 have smaller maximum height Rz and standard deviation than Comparative Example 1. This confirms that the effect of flattening the film by ion irradiation can be obtained not only in the formation of a laminated film, but also in the formation of a single layer film.
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、下記に示す他の実施形態も包含する。また、本発明は、上記実施形態及び下記の他の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせた形態も包含する。さらに、これらの実施形態を発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができ、その変形も本発明に含まれる。
Other Embodiments
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but also includes other embodiments shown below. The present invention also includes a combination of all or any of the above-described embodiment and the other embodiments shown below. Furthermore, these embodiments can be omitted, replaced, or modified in various ways without departing from the scope of the invention, and such modifications are also included in the present invention.
(1)上記実施形態では、図1に示すように、回転テーブル31は平面視して反時計回りに回転するようにしたが、成膜処理部40による成膜を行ってから、再度成膜処理部40により成膜を行うまでにイオン照射部60により形成途中の膜にイオン照射するのであれば、時計回りに回転させるようにしても良い。すなわち、搬送部30は、二方向の循環搬送が可能に構成され、膜処理部50とイオン照射部60とは隣接して設けるようにしても良い。これにより、膜処理部50による化学反応とイオン照射部60による膜の平坦化処理との順序を入れ替え可能にすることができる。
(1) In the above embodiment, as shown in FIG. 1, the
(2)上記実施形態では、搬送部30によって、ワーク10を成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60の順に循環搬送したが、上記実施形態と同じ回転方向(反時計回り)のまま、膜処理部50とイオン照射部60の配置の順序を逆にし、成膜処理部40、イオン照射部60、膜処理部50の順に循環搬送するようにしても良い。前者の場合、上記実施形態の通り、膜処理部50による化学反応後の膜をイオン照射して膜を平坦化することができる。後者の場合、イオン照射部60でのイオン照射により化合物膜から分離した酸素原子又は窒素原子を、膜処理部50の処理空間59に酸素ガス又は窒素ガスを含ませることで、次に通過する膜処理部50で補うことができる。(2) In the above embodiment, the conveying
(3)上記実施形態では、搬送部30が回転テーブル31を有するとしたが、回転テーブル31に代えて、回転中心から放射状に延びたアームとしても良い。この場合、アームはトレイ34やワーク10を保持して回転する。(3) In the above embodiment, the conveying
(4)成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60がチャンバ20の底部側にあり、成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60と回転テーブル31との上下関係が逆となっていても良い。この場合、トレイ34が配設される回転テーブル31の表面は、回転テーブル31が水平方向である場合に下方を向く面、つまり下面となる。(4) The film forming
(5)成膜装置100の設置面は、床面であっても、天井であっても、側壁面であってもよい。上記の態様では、水平に配置した回転テーブル31の上面にトレイ34を設け、この回転テーブル31を水平面内で回転させ、この回転テーブル31の上方に成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60を配置するものとして説明したが、これに限定されない。例えば、回転テーブル31の配置は、水平に限らず垂直の配置でも傾斜した配置でもよい。また、トレイ34を、回転テーブル31の相反する面(両面)に設けるようにしてもよい。つまり、本発明は、搬送部30の回転平面の方向はどのような方向であってもよく、トレイ34の位置、成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60の位置は、トレイ34に保持されたワーク10が成膜処理部40、膜処理部50、イオン照射部60により処理可能な位置であればよい。(5) The installation surface of the
10 ワーク
11 SiO2膜
12 Nb2O5膜
20 チャンバ
20a 天井
20b 内底面
20c 内周面
21 排気口
21a 開口
22 区切部
30 搬送部
31 回転テーブル
32 モータ
33 保持部
34 トレイ
40、40a、40b 成膜処理部
41 処理空間
42 ターゲット
43 バッキングプレート
44 電極
46 電源部
47 ガス導入口
48 配管
49 スパッタガス導入部
50 膜処理部
51 筒状体
52 窓部材
53 アンテナ
54 RF電源
55 マッチングボックス
56 ガス導入口
57 配管
58 プロセスガス導入部
59 処理空間
60 イオン照射部
61 筒形電極
61a 開口部
61b フランジ
62 絶縁部材
63 ハウジング
64 シールド
65 プロセスガス導入部
66 RF電源
67 マッチングボックス
70 ロードロック部
80 制御装置
90 排気部
100 成膜装置
G1 スパッタガス
G2 プロセスガス
G3 プロセスガス
10
Claims (9)
内部が真空とすることが可能なチャンバと、
前記チャンバ内に設けられ、前記ワークを円周の搬送経路で循環搬送する回転テーブルを有する搬送部と、
前記膜を構成する材料からなるターゲットと、前記ターゲットと前記回転テーブルとの間に導入されたスパッタガスをプラズマ化するプラズマ発生器とを有し、プラズマにより前記ターゲットをスパッタリングして前記ワーク上に膜を形成する成膜処理部と、
前記チャンバの内部空間に突出し、前記搬送経路に向かって開口する筒状体と、前記筒状体の開口を塞ぐように設けられた窓部材と、前記回転テーブルと前記筒状体との間に形成される処理空間に第1プロセスガスを導入する第1プロセスガス導入部と、前記窓部材を介して前記処理空間に電界を発生させるアンテナと、前記アンテナに高周波電圧を印加する電源と、を有し、前記第1プロセスガスをプラズマ化して前記処理空間に誘導結合プラズマを発生させ、前記膜を化学反応させる膜処理部と、
一端に開口部が設けられ、前記開口部が前記搬送経路に向かうように前記チャンバに取り付けられた筒形電極と、前記筒形電極の内部に第2プロセスガスを導入する第2プロセスガス導入部と、前記チャンバと電気的に接続された前記回転テーブルと前記筒形電極とに接続され前記筒形電極に対して高周波電圧を印加する電源と、を有し、前記第2プロセスガスをプラズマ化して生成されたイオンを前記膜に照射するイオン照射部と、
を備え、
前記搬送部は、前記成膜処理部と前記膜処理部と前記イオン照射部とを通過するように前記ワークを循環搬送し、
前記イオン照射部は、前記ワーク上の形成途中の前記膜にイオンを照射して、前記膜を平坦化すること、
を特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a film on a workpiece,
a chamber within which a vacuum can be created;
a conveying unit provided in the chamber and having a rotary table that circulates and conveys the workpiece along a circumferential conveying path;
a film forming processing section including a target made of a material constituting the film, and a plasma generator for generating plasma from a sputtering gas introduced between the target and the rotary table, and for sputtering the target with the plasma to form a film on the workpiece;
a film processing section including a cylindrical body that protrudes into an internal space of the chamber and opens toward the transfer path, a window member that is provided to close the opening of the cylindrical body, a first process gas inlet section that introduces a first process gas into a processing space formed between the turntable and the cylindrical body, an antenna that generates an electric field in the processing space via the window member, and a power source that applies a high frequency voltage to the antenna, the first process gas being converted into plasma to generate an inductively coupled plasma in the processing space, and causing a chemical reaction of the film;
a cylindrical electrode having an opening at one end and attached to the chamber such that the opening faces the transfer path; a second process gas inlet section for introducing a second process gas into the cylindrical electrode; an ion irradiation section for irradiating the film with ions generated by plasmatizing the second process gas, the ion irradiation section having a power source connected to the turntable and the cylindrical electrode, the power source connected to the turntable and the cylindrical electrode, the power source applying a high frequency voltage to the cylindrical electrode;
Equipped with
The transport unit circulates and transports the workpiece so that the workpiece passes through the film formation processing unit, the film processing unit, and the ion irradiation unit,
the ion irradiation unit irradiates the film in the process of being formed on the workpiece with ions to flatten the film ;
A film forming apparatus characterized by the above.
を特徴とする請求項1記載の成膜装置。 The transport unit transports the workpiece so that the workpiece passes through the film treatment unit and then passes through the ion irradiation unit;
2. The film forming apparatus according to claim 1,
を特徴とする請求項1記載の成膜装置。 The transport unit transports the workpiece so that the workpiece passes through the ion irradiation unit and then passes through the film treatment unit;
2. The film forming apparatus according to claim 1,
前記膜処理部と前記イオン照射部とは隣接して設けられていること、
を特徴とする請求項2又は3記載の成膜装置。 The transport unit is configured to be capable of the circulating transport in two directions,
The film processing unit and the ion irradiation unit are provided adjacent to each other.
4. The film forming apparatus according to claim 2 or 3,
を特徴とする請求項1~4の何れかに記載の成膜装置。 the first process gas contains oxygen or nitrogen;
5. The film forming apparatus according to claim 1, wherein:
前記複数の前記成膜処理部は、前記ワーク上に異なる組成の前記膜を交互に積層させて形成すること、
を特徴とする請求項1~5の何れかに記載の成膜装置。 A plurality of the film forming processing units are provided,
The plurality of film forming processing units form the films having different compositions on the work by alternately stacking the films;
6. The film forming apparatus according to claim 1, wherein:
を特徴とする請求項1~6の何れかに記載の成膜装置。 the second process gas comprises argon;
7. The film forming apparatus according to claim 1, wherein:
を特徴とする請求項1~6の何れかに記載の成膜装置。 the second process gas comprises oxygen or nitrogen, or argon and oxygen or nitrogen;
7. The film forming apparatus according to claim 1, wherein:
前記回転軸と、前記回転テーブルにおいて前記ワークを載置する面とは直交していることを特徴とする請求項1~8の何れか記載の成膜装置。 The rotary table rotates around a rotation axis to circulate the workpiece,
9. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the rotation axis and a surface of the rotary table on which the work is placed are perpendicular to each other.
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